Yumuşak zeminler üzerine inşa edilen dolgulardaki problemler ve önleyici çözüm yolları

YUMUŞAK ZEMİNLER ÜZERİNE İNŞA EDİLEN

DOLGULARDAKİ PROBLEMLER VE ÖNLEYİCİ

ÇÖZÜM YOLLARI

YÜKSEK LİSANS TEZİ

İnş.Müh. Hasan ARSLAN

Enstitü Anabilim Dalı : İNŞAAT MÜH.

Enstitü Bilim Dalı : GEOTEKNİK

Tez Danışmanı : Doç. Dr. Zeki GÜNDÜZ

Eylül 2006

YUMUŞAK ZEMİNLER ÜZERİNE İNŞA EDİLEN

DOLGULARDAKİ PROBLEMLER VE ÖNLEYİCİ

ÇÖZÜM YOLLARI

YÜKSEK LİSANS TEZİ

İnş.Müh. Hasan ARSLAN

Enstitü Anabilim Dalı : İNŞAAT MÜH.

Enstitü Bilim Dalı : GEOTEKNİK

Bu tez 20 / 09 / 2006 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından Oybirliği ile kabul edilmiştir.

Doç.Dr. Zeki GÜNDÜZ Prof.Dr. Hasan ARMAN Doç.Dr. Seyhan FIRAT

Jüri Başkanı Üye Üye

ii TEŞEKKÜR

Tezin hazırlanması aşamasında bana her türlü desteği veren danışman hocam sayın Doç. Dr. Zeki GÜNDÜZ`e teşekkürü bir borç bilirim.

Ayrıca çalışmalarımı yapmak için iş yerinden bana izin veren sayın Mehmet SATIŞ`a da teşekkür ederim.

iii İÇİNDEKİLER

TEŞEKKÜR... ii

İÇİNDEKİLER... iii

SİMGELER VE KISALTMALAR LİSTESİ... vii

ŞEKİLLER LİSTESİ... xi

TABLOLAR LİSTESİ... xiii

ÖZET... xiv

SUMMARY... xv

BÖLÜM 1. GİRİŞ... 1

BÖLÜM 2. PROBLEM ZEMİNLER... 3

2.1. Giriş... 3

2.2. Şişen Zeminler... 3

2.3. Göçebilen Zeminler... 4

2.4. Dağınık Yapılı Killer... 2.5. Donmaya Duyarlı Zeminler... 6 7 BÖLÜM 3. DOLGU ALTINDAKİ YUMUŞAK ZEMİNDE OLUŞAN DEFORMASYONLAR………... 8

3.1. Giriş... 8

3.2. Oturmalar... 8

3.3. Yanal Akma Davranışı... 11

3.4. Yanal Akma – Oturma ilişkisi... 12

iv

PROBLEMLERİ ÖNLEYİCİ ÇÖZÜM YOLLARI... 15 4.1. Giriş...

4.2. Zemin İyileştirme Yöntemleri...

15 15 4.2.1. Önyükleme ve sürsarj...

4.2.2. Düşey drenler...

4.2.2.1. Düşey kum drenleri...

4.2.2.2. Karton drenler...

4.2.3. Kireç kazıkları...

4.2.4. Drenaj hendekleri...

4.2.5. Derin sıkıştırma...

4.2.5.1. Vibrokompaksiyon...

4.2.5.2. Titreşimli boru ve çubuklar...

4.2.5.3. Kompaksiyon kazıkları...

4.2.5.4. Dinamik konsolidasyon, yük düşürme...

4.2.6. Elektro-Ozmoz...

4.2.7. Dondurma ve ısıtma yöntemi...

4.2.8. Enjeksiyon... ...

4.2.8.1.Enjeksiyon şerbeti çeşitleri ...

4.2.9. Stabilizasyon...

4.2.9.1. Mekanik stabilizasyon...

4.2.9.2. Kimyasal stabilizasyon ...

4.3. Zemin Güçlendirme Yöntemleri...

4.3.1. Kazık temeller...

4.3.1.1. Kazık çeşitleri...

4.3.1.2. Kazık temellerin düzenlenmesinde tasarım

esasları...

4.3.2.4. Deneme yüklemeleri ile kazıklarda sınır yüklerinin ve kazık yüklerinin bulunması...

4.3.1.4. Vibreks kazık...

4.3.1.5. Mendex kazıklar...

4.3.1.6. Ugulamalardan örnek...

15 18 20 21 22 23 23 24 25 26 26 27 27 28 29 30 30 32 37 37 38

38

39 42 44 46

v

4.3.2.2. Donatı elemanları...

4.3.2.3. Şantiyede donatılı zemin duvarı uygulamaları ....

4.3.2.4. Yumuşak zeminlerde donatılı toprak istinat duvar...

4.3.3. Taş kolonlar...

4.3.4. Derin karıştırma (Kireç Kolonlar)...

4.3.5. Geotekstiller...

4.3.5.1. Geotekstil türleri...

4.3.5.2. Birleştirme yöntemleri...

4.3.5.3. Uygulama alanlarına göre çeşitleri...

4.3.5.4. Mühendislik özellikleri...

4.3.5.5. Uygulama alanları...

4.3.5.6 Geotekstil seçimi aşamaları ...

4.3.5.7. Uygulamalardan örnek...

56 56

63 63 65 66 67 67 67 70 73 76 78

BÖLÜM 5.

İNŞAAT SIRASINDA STABİLİTENİN ARTIRILMASI YÖNÜNDE

YAPILAN İYİLEŞTİRME ÇALIŞMALARI... 85

5.1. Giriş... 5.2. Temel veya Yapı Altında Kalacak Olan Yumuşak zeminin tümü veya Bir Bölümünün kazılması... 85 85 5.3. Dolgu Şevi Altındaki Yumuşak Zeminin kazılması... 86

5.4. Kalıcı veya Geçici Palye Yapılması... 87

5.5. İnşaatın Kademeli Olarak Yapılması... 88

BÖLÜM 6. VAKA ANALİZİ………... 91

6.1. Giriş... 91

6.2. Projelendirme... 92

6.3. Yapım………... 100

6.4. Yol İnşaatı Sırasında Ortaya Çıkan Sorunların Çözümü……….. 107

vi

KAYNAKLAR... 112 ÖZGEÇMİŞ... 114

vii

SİMGELER VE KISALTMALAR LİSTESİ

A B Ac

: Numune kesit alanı : Şerit genişliği

: Kilin aktivitesi, dokunma alanı av : Sıkışma katsayısı

AKO,OCR : Aşırı konsolide oranı ASTM

C c

: Amerikan standart

: Sabit sayı, yapışma kuvveti : Yumuşak kilin kayma direnci Cc : Sıkışma indisi

Ccε

Ch

: Değiştirilmiş sıkışma indisi : Yatay konsolidasyon katsayısı Cr

Cs

: Yeniden yükleme indisi : Tekrar yükleme indisi Crε

Cu

: Değiştirilmiş yeniden yükleme indisi : Drenajsız kohezyon

Cv : Konsolidasyon katsayısı

C_α : İkincil konsolidasyon (sıkışma) katsayısı C_αε

D dc dw Eu

: Modifiye edilmiş ikincil konsolidasyon katsayısı : Tabaka derinliği

: Düşey drenin etki çapı : Dren kuyu çapı

: Zeminin drenajsız elastisite modülü

e : Boşluk oranı

e0 : Başlangıç boşluk oranı ep

f

: Birincil konsolidasyon sonundaki boşluk oranı : Şerit-zemin arası sürtünme katsayısı

viii H0 : Sıkışabilir tabakanın kalınlığı Hd

Ia

: Numune kesit yüksekliği

: Şeritin dayanma bölgesi içindeki uzunluğu Ip

Is

It

: Plastisite indisi : Şişme indisi : Tesir sayısı

K : Toprak basınç katsayısı k

kh

ke

: Permeabilite (geçirgenlik) katsayısı : Yatay permeabilite

: Kazık emniyet katsayısı mv

n Nc Pf

Pf+s

: Hacimsel sıkışma katsayısı

: Kilin plastisite indisine bağlı bir büyüklük : Taşıma gücü faktörü

: Proje yükü

: Proje yükü + sürşarz yükü R0 : Başlangıç okuma değeri

R50 : %50 oturmaya karşı gelen okuma değeri R90 : %90 oturmaya karşı gelen okuma değeri R100

SAR

: %100 oturmaya karşı gelen okuma değeri : Sodyum adzorpsiyon katsayısı

Sc

Sf

Sf+s

Sh

Sv

Sr Ss

Ssec

: Birincil konsolidasyon oturması : Proje yükü altındaki oturma

: Proje + Sürşarz yükü altında oturma : Yatay şerit açıklığı

: Düşey şerit açıklığı : Doygunluk derecesi

: İkincil konsolidasyon oturması : Sekonder oturma

St ŞP

: Toplam oturma değeri : Şişme potansiyeli

ix Ts

Th

: Şerit çekme kuvveti : Yatay zaman faktörü

T50 : %50 oturmanın olduğu zaman dilimi T90 : %90 oturmanın oluştuğu zaman dilimi TS

t ti

: Türk standartları

: Dolgu için beklenen servis bölümü : Başlangıç zaman

tP

ts

: Birincil konsolidasyonun tamamlandığı zaman : Sekonder oturma zamanı

Tv : Boyutsuz zaman faktörü

Uh : Ortalama konsolidasyon derecesi Uz

Vu

: Konsolidasyon yüzdesi : Drenajsız poısson oranı wn

ws

: Doğal su muhtevası : Büzülme limiti wL : Likit limit wp : Plastik limit

Δue : Aşırı boşluk suyundaki değişim Δz : Tabaka kalınlığı

Δe : Boşluk oranı değişimi ΔH : Düşey boy değişimi

σ : Gerilme

σV` : Düşey efektif gerilme σVo`

σc, σp

σpo’

: Önkonsolidasyon basıncı : Ön konsolidasyon basıncı

: Yüklemeden önce zemindeki düşey basınç ε : Birim boy değiştirme

δ : Farklı oturma miktarı S

ρ

: Oturma miktarı

: Dolgunun kuru birim ağırlığı

x ρn

ρw

: Birim hacım ağırlık : Suyun özgül ağırlığı

xi ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 2.1. Killerde aktivite ve şişme potansiyeli... 4

Şekil 2.2. Casagrande’ye göre yüklü zeminde göçme mekanizması... Şekil 2.3. Zeminlerde göçebilirlik sınıflandırılması... Şekil 2.4. Dağınık yapılı zeminlerin tanınması... Şekil 3.1. Dolgu inşaatı başlangıç devrelerinde meydana gelen yanal akma Şekil 3.2. Göçme mekanizması... Şekil 3.3. Dolgu altındaki yumuşak zeminde oturma ve yanal akma... Şekil 4.1. Önyükleme mekaniği... Şekil 4.2. Düşey dren geometrisi... Şekil 4.3. Düşey kum drenlerin çalışma şeması... 5 6 7 11 11 13 16 20 21 Şekil 4.4. Düşey hendeklerin çalışma prensibi... 23

Şekil 4.5. Vibrokompaksiyon yöntemi... 25

Şekil 4.6. Taneler arası enjeksiyon detayı... 29

Şekil 4.7. Ana enjeksiyon tipleri... 30

Şekil 4.8. Vibreks kazık imalatı şeması... 43

Şekil 4.9. Süper vibreks kazık imalatı şeması... 44 Şekil 4.10. Mendex kazık imalatı sırası...

Şekil 4.11. Kazık destekli dolguların yerleşimi...

Şekil 4.12. Jeolojik kesit...

Şekil 4.13. Kazık destekli dolgu kesiti...

Şekil 4.14. Gosentetik uygulama planı...

Şekil 4.15. Kazık destekli dolguların kazık çakma işleri...

Şekil 4.16. Geosentetik güçlendirmenin serilmesi...

Şekil 4.17. Donatılı duvar kesit ve ön pano şekilleri...

Şekil 4.18. Ön paneller hariç panel ebatları...

Şekil 4.19. Şablon ve işkence...

45 47 48 49 50 53 53 55 59 59

xii

Şekil 4.22. Panel temeli...

Şekil 4.23. Taş kolon yapımı...

Şekil 4.24. Ayırma fonksiyonu...

Şekil 4.25. Filtrasyon fonksiyonu...

62 64 67 67

Şekil 4.26. Drenaj fonksiyonu... ... 68

Şekil 4.27. Güçlendirme fonksiyonu... 68

Şekil 4.28. Koruma ve yalıtım fonksiyonları... Şekil 4.29. Yol uygulamsı... Şekil 4.30. Yalıtım fonksiyonu... Şekil 4.31. Özel fonksiyonlar için uygulanması... Şekil 4.32. Deformasyon-Çekme gerilme ilişkisi... 69 69 69 69 72 Şekil 4.33. Tipik çekme dayanımı özellikleri... 73

Şekil 4.34. Kaplamasız yollarda geotekstilli ve geotekstilsiz uygulama... 75

Şekil 4.35. Kaplamalı yol/pistlerde uygulanması... 75

Şekil 4.36. Geotekstilli ve geotekstilsiz dren uygulamaları... 76

Şekil 5.1. Dolgu altındaki yumuşak zeminin kazılması ve denge durumu. 85

Şekil 5.2. Dolgu şevi altında inşa edilen kaymayı önleyici topuk... 86

Şekil 5.3. Palye uygulaması... 87

Şekil 5.4. Palyelerde dren denge durumu... 88

Şekil 5.5. Dolguların kademeli inşasında drenaj ve efektif basınç... 89 Şekil 6.1. Adapazarı-Camili-Karaman ana bağlantı yolu……...

Şekil 6.2. Yol Güzergahı Zemin Sondaj Logu……...…...

Şekil 6.3. Dolgu malzemesi temin sahası…………...…...

Şekil 6.4. Taşkısığı taş ocağı………...

93 95 96 98

xiii TABLOLAR LİSTESİ

Tablo 4.1. Zemin beton ve takriben %10 çimento içeren toprak çimento

karışımlarına ait tipik basınç muvemetleri………... 33

Tablo 4.2. Geotekstil uygulama alanları ve işlevleri...………. 73

Tablo 4.3. Aynı metoda göre stabilite sağlanması halinde maliyetleri ve işin süresi……….. 77

Tablo 4.4. Zemin iyileştirilme yöntemlerinin karşılaştırılması... 81

Tablo 4.5. Zemin güçlendirme yöntemlerinin karşılaştırılması... 84

Tablo 6.1. Yolboyu CBR değerleri………... 100

Tablo 6.2. Camili-Karaman yolu zemin özellikleri………... 102

Tablo 6.3. Camili-Karaman yolu dolgu malzemesi zemin özellikleri... 103

Tablo 6.4. Camili-Karaman taban zemini özellikleri... 103

xiv ÖZET

Anahtar kelimeler: Yumuşak zemin, dolgu, deformasyon, zemin iyileştirme, zemin güçlendirme

Yumuşak zeminler üzerine inşa edilen dolgulardaki problemler Geoteknikte önemli uygulama ve araştırma konularından biridir ancak bu konu ile ilgili çalışmalara bakıldığında yeteri miktarda çalışma ve bilginin olmadığı görülmüştür. Bu çalışma da konuya katkısı olması, uygulamalarda yararlanılması amacıyla hazırlanılmıştır. Bu çalışmada yumuşak zeminler üzerine inşa edilen dolgulardaki problemler ve önleyici çözüm yolları incelenmiştir. Problem zeminler tanımlanmış, bu tür zeminlerin özellikleri, özel durumları aktarılmıştır. Yumuşak zeminlerde oluşan deformasyon tipleri, şekil ve gidişleri ele alınmış, dolgu altındaki yumuşak zeminlerde oluşan deformasyonlar, oturmalar ve yanal deplasmanlar aktarılmıştır. Yumuşak zeminler üzerine inşa edilen dolgulardaki problemleri önleyici çözüm yolları incelenmiştir. Bu çözüm yolları, zemin iyileştirme yöntemleri ve zemin güçlendirme yöntemleri olarak iki sınıfa ayrılmış, zemin iyileştirme ve zemin güçlendirme yöntemleri sınıflandırılmış ayrı ayrı açıklanmıştır, uygulamalardan örnekler verilmiştir. Zemin cinsi, kullanım alanı, avantajları ve dezavantajları tablo halinde aktarılmıştır. Ayrıca yumuşak zeminler üzerine inşa edilen dolguların inşası sırasında yapılabilecek çalışmalarda çok önemlidir. Bu çalışmalarda ayrı bir bölüm olarak incelenmiştir.

xv

PROBLEMS ENCOUNTERED IN EMBANKMENTS BUILT ON SOFT SOILS AND REMEDIAL SOLUTIONS

SUMMARY

Key words: Soft soil, embankment, deformation, soil improvement, soil reinforcement

The problems encountered in embankments built on soft soils are one of the important application and research topic in geotechnics, however it is known that there is not enough research and information about the aforementioned studies. In this study the problems encountered in embankments built on soft soils and the solution methods are investigated. The problematic soils are defined, the properties and its special cases of this type of soils are presented. Deformation types, its shape and mobilization in soft soils are discussed. Furthermore, deformations, settlements and horizontal displacements in soft soils under embankments are presented. The remedial solutions for the problems in soft soils under embankments are investigated.

These remedial solutions are classified and explained separately in two parts, namely soil improvement and soil reinforcement techniques and some examples are given in terms of applications. Soil type, field of application, advantages and disadvantages are presented in tabular form. The works that can be carried out at the stage of construction of embankments built on soft soils are also important. This type of works are examined separately.

BÖLÜM 1. GİRİŞ

Kara ulaştırma araçlarının gidiş gelişlerini temin amacıyla ortaya getirilen yapının bütününe yol denir. Yoldan beklenen hizmet; yolun konforlu olması yani deformasyona uğramaması, oturmaların, akmaların olmamasıdır. Yol inşaatları tasarlanırken kazı ve dolgu işleri ortaya çıkmaktadır. Eğer dolgular zayıf ve yumuşak zeminlere oturuyorsa bu zeminlerde önemli problemler meydana gelebilmektedir. Bu tür problemlerin çözümü için ön çalışmaların özellikle zemin etütlerinin yapılması gerekmektedir. Zemin etüdü ile dolgu yapılacak zeminin durumu, dolgu altındaki davranışı önceden bilinecektir. Ülkemizdeki karayollarından, Bayındırlık ve İskan Bakanlığına bağlı bulunan Karayolları Genel Müdürlüğü sorumludur. Ancak Karayolları şartnameleri incelendiğinde bu konu ile ilgili çalışmaların yeterli olmadığı görülmüştür.

Mühendislik yapıları tasarlanırken gözönünde bulundurulan bazı kriterler vardır.

Bunlar yapının amacına uygun , sağlam ve ekonomik olması ve bunların yanında da kullanım süresi boyunca oluşabilecek deformasyonların makul sınırlar içerisinde kalmasıdır. Günümüzde birçok yerde karşımıza çıkan deformasyon problemleri yumuşak kil zeminlerde de araştırmaya açık bir konu olarak durmaktadır.

Baraj ve liman inşaatından başlayıp karayolu inşaatına kadar uzanan geniş bir yelpaze içinde mühendislik problemleri arasında önemli bir yer tutan dolgular, sahip oldukları büyük kütle sebebiyle yumuşak silt ve kil gibi zeminlerde büyük deformasyonların oluşmasına sebep olurlar.

Dolgu altındaki zeminlerde deformasyonlar oturma ve yanal deformasyonlar şeklinde oluşur. Her iki deformasyon tipi arasında belirgin bir ilişki vardır. drenajsız şartlarda bir dolgunun yükleme devresinde meydana gelen oturmaların hacimsel değeriyle, yanal hacimsel yer değiştirme değerinin birbirine yakın olması gerekir. Bu

noktada meydana gelen konsolidasyon oturmaları stabilite ve güvenliği arttırıcı rol oynarken yanal akmalar stabiliteye olumsuz olarak tesir etmektedir.

Yumuşak zeminlerde inşa edilen dolgulardaki problemleri önleyici çözüm yolları zemin iyileştirme yöntemleri ve zemin güçlendirme yöntemleri olarak ikiye ayrılır.

Ayrıca inşaat sırasında yapılacak iyileştirme yöntemleri bulunmaktadır. Bu yöntemlerde stabilitenin arttırılmasını sağlamaktadır. Bu çalışmanın diğer bölümlerinde bu yöntemler ayrı ayrı incenmiş uygulamalardan örnekler verilmiştir.

BÖLÜM 2. PROBLEM ZEMİNLER

2.1. Giriş

Bazı zeminler diğerlerinden suyla karşılaştıklarında gösterdikleri olağanüstü değişiklikler nedeniyle ayrılırlar. Genelde yüksek plastisiteli zeminler mineral yapısı, dane dizilişleri, doğal su muhtevası, boşluk suyu özellikleri, ve içinde bulundukları çevre basıncına bağlı olarak aşırı hacim azalması veya artışı; hareketli veya durağan suda dengelerini kaybetme gibi çok özel ancak olumsuz davranışlar gösterirler. Bu tür zeminlere “problem zeminler” denilmektedir.

2.2. Şişen Zeminler

Şişen (genleşen) zeminler (expansive – swelling) yarı kurak ve kurak iklimlerde oluşmuş, suyla karşılaştıklarında gösterdikleri hacim değişimleri nedeniyle üstteki hafif yapılara ve kazı desteklerine hasar veren killerdir [1]. Benzer şekilde, yol, baraj dolgusu görevi yapmak üzere plastisite indisi dolayında su muhtevalarında sıkıştırılan zeminler de ıslandıklarında hacim artışı gösterirler. Şişme potansiyeli (ŞP) kilin 7 kPa basınç altında ilk boyutunun yüzdesi türünden gösterdiği bir boyutlu şişme olarak tarif edilirse [2].

ŞP =3.6x10⁻⁵Ac^2.44C^3.44 ŞP =2.16x10⁻³Ip^2.44

gibi bağıntılar önerilmiştir [3]. Yine killerin şişme özelliklerini tariflemek için

WS WL Is= −

şişme indisi ifadesinden de yararlanılabilir. (Şekil 2.1.) de zemin şişme potansiyeli düşük (ŞP<1.5), orta (1.5<ŞP<5), yüksek (5<ŞP<25) ve çok yüksek (ŞP<25) olarak

veren sınıflandırmalar gösterilmektedir. Şişme özelliğinin montmorillonit ve illit tipi killere özgü bir olay olduğu söylenebilir. Bazı durumlarda killerin tek, bazılarında ise üç boyutta şişme gösterdiği de hatırlanmalıdır. Yapılan ölçümler bazı zeminlerde yanal şişme basıncının düşey yöndeki değerinin iki katına çıkabildiğini göstermiştir.

Şekil 2.1. Killerde aktivite ve şişme potansiyeli

2.3. Göçebilen Zeminler

Bazı zeminler ıslandıklarında, ve /veya yük altına girdiklerinde yapılarındaki ani göçme sonucu önemli hacim azalmaları gösterirler (collapse) [4]. Bunun nedeni kurak iklim şartlarında oluşmuş ve oluşumlarını izleyerek daneleri kılcallık veya bir bağlayıcı ile tutturulmuş doygun olmayan zeminlerin ıslanma sonucu bu bağlayıcı kuvvetler yitirildiğinde boşluk oranında büyük azalmalar oluşmasıdır. Siltler, lös, granit kökenli kalıntı toprakları ve jips, halit ile zayıf çimentolanmış zeminler göçme özelliği gösterirler ve dünyanın birçok yerinde bulunurlar. (Şekil 2.2.) de göçme mekanizması için bir öneri gösterilmiştir [5].

a) kuru durumda b) ıslanmadan sonra

Şekil 2.2. Casagrande’ye göre yüklü zeminde göçme mekanizması

Bir zeminin göçme potansiyel (GP) ödometrede kuru durumda uygulanmış 215 kPa basınçta dengeye geldikten sonra ani su verildiğinde belirecek boşluk oranı azalması olarak tariflenmiştir.

e0

1 GP e

+

= Δ

Oran %1 in altında ise zeminde göçme özelliği yoktur. 1-5 arasında orta, 5-10 ciddi, 10-20 arasında çok ciddi göçme sorunları çıkabileceği anlaşılmalıdır. Göçme potansiyelinin %20’den büyük olması konunun özel olarak değerlendirilmesi gereğini gösterir. Yapılan araştırmalar göçme potansiyelinin zeminin üniformluk sayısı CU doğal su muhtevası wn, birim hacim ağırlığı pn, ve ıslanma sırasında beliren emme gerilmesi pc nin fonksiyonu olduğunu göstermiştir [6].

2.8 3.53p 0.46w

0.102C 48.5

GP= + _U + _n + _d + In(p_c)

Bu denklem laboratuarda sıkıştırılarak hazırlanmış örneklerden elde edilmiş sonuçları yansıtmaktadır.

Göçme potansiyelini en fazla etkileyen parametrelerinin doğal birim hacim ağırlık olduğu da burada söylenebilir. (Şekil 2.3.) de göçebilen zeminlerin tanınması için bir bağıntı verilmiştir.

2.4. Dağınık Yapılı Killer

Killi zeminlerden bazıları suyla karşılaştıklarında yapılarına bağlı olarak dengesizlik belirtileri gösterirler. Bunun en açık örneği bazı zeminlerin yağışta çok kolay erozyona uğramalarıdır. Buna karşın, diğerleri suyla bir arada bulundukları halde etkilenmemektedir. Böyle bir özellik kanal, toprak baraj gibi su yapılarında kilin kolayca borulanmasına olanak sağladığı için tehlikeli olabilir [7]. Dağınık yapılı zeminlerin (dispersive) özelliği boşluk suyunun içerdiği sodyum katiyonlarının diğerlerine oranla çok daha yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. Dağınık yapı ya da sodyum adzorpsiyon katsayısı (SAR) katiyonların milieşdeğer/lt türünden ölçümüyle

LİKİT LİMİT

Şekil 2.3. Zeminlerde göçebilirlik sınıflandırması

) Mg Ca ( 5 . 0 SAR Na

= +

şeklinde ifade edilir. Dağınık yapılı zemin sınıflandırma tablosuna girebilmek için SAR’nin tayini gerekmektedir. Buna ek olarak, dağınık yapılı killerin tanımlanması çift hidrometre iğne deliği; ve ufalanma deneyleri ile de yapılabilmektedir. Son araştırmalar tanımlamanın kilin katiyon değiştirme kapasitesi (CEC) ile değiştirebilir sodyum katiyonu yüzdesi ile daha sağlıklı yapılabileceğini göstermektedir ve bu tür zeminlerin kil içeriğinin % 12’den fazla olması gerektiği bulunmuştur. (Şekil 2.4.)

zeminlerin dağınık yapılı olarak tanımlanabilmeleri için A-Bölgesine girmeleri gerektiği gösterilmektedir. Ayrıcı bu bölgedeki killerin SAR değerinin de 2 nin üstünde olması gerekmektedir. Dağınık yapının tanınması için günümüzde en etkin yol çift hidrometre veya iğne deliği deneyini uygulamaktır (pinhole test – ASTM 4947). Deneyde numuneye açılanan 1mm çaplı delikten 50 mm hidrolik yük altında geçen arı suyun numuneden söküp alabildiği kil miktarına bağlı olarak sınıflandırma yapılmaktadır. Ancak ölçüm ve sınıflama göz kararına bağlı olduğundan deney sonuçları yapanın hatalarını kolayca yansıtabilir.

W

Şekil 2.4. Dağınık yapılı zeminlerin tanınması

2.5. Donmaya Duyarlı Zeminler

Yer altı su seviyesinin donan bölgeye yakın olması (açık sistem), hatta uzak ya da hiç bulunmaması durumunda (kapalı sistem) zemin sıcaklığı en az -2°C a düştüğünde zeminin, içerdiği suyun donma sonucu göstereceği %9 luk hacim artışının üstünde bir kabarma yapabileceği görülecektir. Bu olay ulaşım yolları, soğuk hava depoları ve dayanma yapılarında üst yapı hasarını beraberinde getirdiğinden özellikle soğuk iklimli ülkelerde ciddi bir sorun olarak belirmektedir [8].

BÖLÜM 3. DOLGU ALTINDAKİ YUMUŞAK ZEMİNDE OLUŞAN DEFORMASYONLAR

3.1. Giriş

Yumuşak zeminler üzerinde toprak dolgu inşaatına yönelik geoteknik tasarımın en önemli iki kriteri oturmaların tahmini ve stabilite şartlarının saptanması ve sağlanmasıdır. Yumuşak zeminlerdeki oturma problemini zeminde oluşan çeşitli tipteki deformasyonları (oturma, yatay deformasyon ve deplasman v.s.) kapsayacak biçimde ve hacim değişiklikleri şeklinde ifade etmek problemin bileşenlerini tanımlamak bakımından yararlı olacaktır [9]. Yumuşak zeminler üzerindeki dolgu problemi incelenirken ilginç olan husus, stabilite ve hacim değişimi kriterlerinin içice ve birbirine bağlı oluşudur. Oturmalar kaçınılmaz bir biçimde yanal deformasyonlarla ilintilidir, diğer taraftan yanal deformasyonlar stabilitenin dolaylı göstergeleridir.

Yumuşak zeminler üzerindeki dolguların tasarımında, stabilite gözetilmesi gereken ilk kriter ise de deformasyonların oluşum, yön, şekil ve miktarının tayin ve kontrol edilmesi hem stabilitenin kontrol ve korunması, hem de yapının servis yeterliliği bakımından aynı derecede öneme sahiptir. Dolgu altındaki yumuşak zeminde oluşan deformasyonlar, oturmalar ve yanal deplasmanlar şeklinde belli başlı iki yönde oluşurlar.

3.2. Oturmalar

Bir zemin tabakası yüklendiğinde meydana gelen sıkışma elastik, plastik deformasyonlar ve konsolidasyonun bir bileşkesidir Konsolidasyonun da zamana bağlı plastik deformasyon olduğu unutulmamalıdır [9]. Yük uygulanır uygulanmaz oluşan elastik deformasyonlar yük kaldırıldığında geri dönen özelliğe

sahiptir. Bu deformasyon tipi dolgu yükleme devrelerinde oluşur ve ani oturma olarak isimlendirilir. Zeminde hacim değişimi olmaksızın meydana gelen şekil değiştirmenin sonucudur. Sabit hacim şartı aslında düşük permeabiliteye sahip doygun zemin için geçerli olan idealize edilmiş bir kavramdır.

Yüzeysel yükler altındaki yumuşak zeminlerde oluşan ani oturmalar zeminin elastik özelliklere sahip olduğu kabulüyle elestik teoriye dayandırılarak çözülür.

Ani oturmaların hesaplanması için Bjerrum'un önerdiği denklem kullanılmaktadır [10].

E xIt ) ν 1 (

= qxBx S

u u 2

i

Burada Eu = zeminin drenajsız elastisite modülü, ν = drenajsız poısson oranı, B _u taban genişliği, It temelin ve kil depozitin geometrisine bağlı olarak bulunan tesir sayıdır.

Drenajsız duruma uyan ν değeri olarak 0.2 alınır. E_u u’nın zemin için sabit bir değer olarak seçilmesi pek geçerli bir kabul değildir. Çünkü Eu gerilme izi, gerilme seviyesi ve deformasyon hızına bağımlıdır. Bu sebeple Eu ile drenajsız kayma mukavemeti cu arasında amprik bağıntılar bulmaya yönelik çalışmalar vardır. Bu çalışmalardan ve 80 ile 2000 arasında değişen

u u

C

E değerlerinden yararlanarak

D’Appolonia ve diğerleri ,

u u

C

E değerinin 1200 olarak seçilmesinin düşük plastisiteli

killer için uygun olacağını ifade etmişlerdir [11].

Yumuşak zeminlerin yüklenmesiyle meydana gelen deformasyon ve oturmaların içinde ani oturmaların payı azdır. Bu bakımdan en büyük pay konsolidasyon oturmalarına aittir.

Dolgu inşaatının tamamlanmasından sonra doygun temel zemini içindeki suyun sabit basınç altında drene olmasıyla oluşan konsolidasyon oturmaları tek

kademede inşa edilen dolgularda oturmaların en büyük kısmını oluşturmaktadır.

Aşamalı olarak inşa edilen dolgularda ise temel zemininde boşluk suyu basıncının sönümlenmesine bağlı olarak meydana gelen sıkılaşma ve mukavemet artışından yararlanıldığından konsolidasyon devresinin süresi ve ulaşılan konsolidasyon derecesinin hesaplanması özellikle önemlidir.

Terzaghi tarafından e2 = e3 = 0 şartıyla geliştirilen tek yönlü konsolidasyon teorisi boşluk oranı, deformasyon ve efektif gerilmeler arasındaki bağıntıların kolaylıkla kurulmasına imkan verir. Özellikle büyük alan kaplayan dolgular altındaki konsolidasyon problemine uygun bir çözüm getirmektedir [9].

Terzaghi teorisinin zamandan bağımsız doğrusal bağıntısı boşluk oranında meydana gelen azalma değerlerine bağlı olarak hacim değişimi cinsinden konsolidasyon problemine çözüm getirmektedir.

' v v v o

x e m

1

e =Δε = Δσ +

Δ

Burada mv = hacimsel sıkışma sayısı, eo = başlangıç boşluk oranı ve Δε= efektif düşey gerilme artışına bağlı olarak boşluk oranında meydana gelen azalma değerlerini göstermektedir. Δ değerlerinin yumuşak zemin tabakasının “H” ε_v kalınlığı için entegre edilmesiyle “H” kalınlığındaki yumuşak zeminde meydana gelecek toplam konsolidasyon oturması bulunabilir. Diğer taraftan mv değerinin yüke bağlı olarak değişiminin takibi zorluğundan kurtulmak için konsolidasyon oturması hesaplarında çoğunlukla aşağıdaki ifade tercih edilmektedir.

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

σ σ Δ + + σ

σ σ

= + _'

p ' v '

0 ' c

0 ' p s

o c

log v v C

log C e x 1 S H

Cc = sıkışma indisi, Cs = tekrar yükleme indisi, σ = önkonsolidasyon basıncı; v^'₀ σ^'_p= yüklemenden önce zemindeki düşey basınç.

Toplam oturmaları hesaplamak için ani oturmalarla konsolidasyon oturmalarını toplamak gerekir. Ancak bu arada sabit efektif gerilme altında zamana bağlı olarak gelişen krip oturmalarının da yumuşak zeminler bakımından önemli değerlere ulaştığını unutmamak gerekir. Krip oturmaları çoğunlukla

i i 0

S t

t logt e xC

1

S D +

= + _α

formülü ile hesaplanır. Burada ti= Başlangıç zamanı,

t = Dolgu için beklenen servis bölümü,

C = Uzun süreli odometre deneyleri ile ölçülen ikincil oturma katsayısı, α

D = Tabaka derinliği’dir.

3.3. Yanal Akma Davranışı

(Şekil 3.1.) de dolgu inşaatı başlangıç devrelerinde meydana gelen yanal akma hareketi görülmektedir. Burada görülen akma hareketi, ilk aşamada zeminin kayma mukavemetine bağlı olarak az veya çok oluşur. Bu durumda zemin dolgu altından dışarıya doğru kaçar. (Şekil 3.2.) de göçme mekanizması görülmektedir.

Şekil 3.1. Dolgu inşaatı başlangıç devrelerinde meydana gelen yanal akma

Şekil 3.2. Göçme mekanizması

Bir bakıma dolgunun oturduğu seviyede taşıma gücünün yeterli olmasını sağlayacak karşı ağırlık sağlanana kadar bu hareket devam eder [9].

Drenajsız yükleme aşamasında meydana gelen akmanın sebep olduğu oturmalar toplam oturmalara önemli katkıda bulunmaktadır ve bu katkının miktarı ani oturmalarınkinden çok daha fazladır.

3.4. Yanal Akma – Oturma İlişkisi

Son yıllarda aletsel gözlemleme ve ölçümleme tekniklerinin yaygın kullanımı dolgu altındaki yumuşak zeminde gelişen oturma ve yanal akma hareketlerinin tip, miktar ve yönleri konusunda geniş bir bilgi birikiminin oluşmasını sağlamaktadır.

Aşamalı olarak inşa edilen dolgularda yükleme devresine ait oturma ölçümleri bu devrede oluşabilecek bir miktar konsolidasyonun sebep olabileceğinden çok fazlaysa zemin içinde aşırı kayma deformasyonlarının oluştuğunu gösterirler ve dolayısıyla olası bir göçmenin habercisidirler. Diğer taraftan temel dengesinin güvenilirlik derecesini takip edebilmek bakımından yatay yer değiştirme hareketleri çok daha geçerli göstergelerdir. Yatay deformasyonlar drenajsız yükleme sonucunda zemin bünyesinde oluşan kayma davranışından doğrudan etkilenir. Yükleme devrelerinde de kripe bağlı olarak bir miktar oturma ve yanal hareket görülebilir. Konsolidasyon devrelerinde oturmalar artar ve yanal deformasyonlarda, zeminin sıkışmasına bağlı olarak azalma meydana gelir. Fakat bu azalma kripe bağlı oturma ve yanal deformasyon artışıyla gölgelenir.

Yatay deplasmanlarla düşey oturmalar arasındaki ilişkiyi veren bağıntı ve uyum ifadeleri dolgu altındaki yumuşak zeminde oluşabilecek davranış mekanizmasını anlamak bakımından önemlidir. (Şekil 3.3.) dolgu altındaki yumuşak zeminde gözlenen oturma ve yanal akma hareketleri görülmektedir.

Şekil 3.3. Dolgu altındaki yumuşak zeminde oturma ve yanal akma

Çeşitli araştırmacılar dolgu altındaki maksimum yatay deformasyon ile maksimum oturma arasındaki deformasyon oranı değerini (DR = dymax/dsmax) bulmaya çalışmışlardır. Tavenas ve diğerleri (1979)’ne göre DR = 0.18 ± 0.09’dur [12].

Suzuki ise DR = 0.208 ± 0.052 istatistiksel bağıntısını elde etmiştir [13].

Benzer şekilde Ting ve diğerleri Malezya'da yumuşak kil üzerinde yapılmış dolguda yaptığı gözlemde DR = 0.90 oranı bulmuşlardır ve aynı anda stabilitenin bozulduğu rapor edilmiştir [14]. Yanal deformasyon artışının stabilite üzerindeki ters etkisi çeşitli araştırmacılar tarafından ifade edilmiştir.

Tavenas ve diğerlerine göre yatay deplasman oluşumu, dolgu konstrüksiyonu sırasında güvenlik sayısı 1,3’ün altına düşünce hızla artmaktadır [15].

Yukarıda özetlenen bağıntılara ilaveten yatay deformasyon oluşum ve hız miktarı yüklemenin hızına büyük ölçüde bağlıdır. Yüklemenin hızı yatay deformasyonların oluşumunu iki zıt yönde etkiler [9].

1) Hızlı yükleme, drenajsız davranışın gerçekleşmesini sağlar ve büyük kayma deformasyonlarının oluşumuyla ortaya çıkan ani oturmaların değeri hacimsel olarak yanal akma miktarına hemen hemen eşittir.

2) Yükleme yeterince hızlı değilse ve/veya temel zemini bünyesindeki şartlar yükleme süresi içerisinde bir miktar konsolidasyonun da oluşumuna fırsat

verecek nitelikte ise konsolidasyon zeminin her yönde sıkışma ve sıkılaşmasına sebep olur, dolayısıyla konsoIidasyonun etkisi yanal deformasyonları azaltıcı yöndededir.

BÖLÜM 4. YUMUŞAK ZEMİNLER ÜZERİNE İNŞA EDİLEN DOLGULARDAKİ PROBLEMLERİ ÖNLEYİCİ ÇÖZÜM YOLLARI

4.1. Giriş

Yumuşak zeminler üzerine inşa edilen dolgulardaki problemleri önleyici çözüm yolları bu bölümde ikiye ayrılmaktadır. Bunlar zemin iyileştirme yöntemleri ve zemin güçlendirme yöntemleridir.

4.2. Zemin İyileştirme Yöntemleri

Zemin iyileştirmenin birçok yöntemi bulunmaktadır. Konumuzun yumuşak zeminler olması nedeniyle burada bu yöntemlerin bir kısmına değinilmiştir. Ancak Bazı yöntemlerin yumuşak zeminlerin dışındaki zeminlerde ki durumlarınada değinilmiştir.

4.2.1. Önyükleme ve sürşarz

Ön yükleme yapının inşasından önce zeminin genellikle yayılı toprak yükü ile yüklenmesidir. Yumuşak kil tabakaların taşıma gücünü arttırmak ve inşa olunacak yapı altında meydana gelecek oturmaları azaltmak için en yaygın olarak kullanılan yöntemlerden birisi önyükleme yapmaktır. Zemine yüklenen yükün proje yükünden fazlasına sürşarz yükü denir. Bu yöntem zemindeki oturmaları hızlandırmak içindir. Ön yükleme ile birlikte sürşarz yükleri ve düşey drenler kullanılabilir. Bu yöntemde zeminin primer ve sekonder konsalidasyon oturmalarına ve killi zeminin drenajsız mukavemet artışlarına sebep olur. Uygulama alanı yumuşak sıkışabilir nitelikteki zeminlerdir. Amaç inşaat sırasında ve sonrasında oturmaları en aza indirmektir.

(2H) kalınlığında konsolide olmuş bir zemin tabakasının bir boyutlu toplam konsolidasyon oturması, proje yükü altında (Şekil 4.1.)

Şekil 4.1. Ön yükleme mekaniği

⎟⎟⎠

⎞

⎜⎜⎝

⎛ σ

+ σ

= + _'

vo f ' G vo c

0 f

log P . c e . 1

H

S 2 ………..1

Proje yükü + sürşarz yükü altında;

⎟⎟⎠

⎞

⎜⎜⎝

⎛ σ

+ σ

= +

+ '

vo f ' vo c

0 s

f

log P . c e . 1

H

S 2 ………..2

(1) ve (2) ifadeleri arasında ki oran, proje yükü altındaki oturmaların proje + sürşarz yükü altındaki oturmalara yüzdesi veya konsolidasyon yüzdesidir.

s + f f /S S

=

Uz

Bu konsolidasyon yüzdesine karşı gelen zamana (tsr) kadar zemin üzerinde tutulan bir proje + sürşarz yükü, proje yükü altındaki oturmaların tamamını karşılamaktadır.

Ön yükleme projelerinde genellikle ya proje yükü altında ve kısıtlı zaman limiti içinde oturmaları kaldırmak veya azaltmak için sürşarz miktarı hesaplanır ya da belirli sürşarz yük seviyesi için oturmaların belirli bir miktar azaltılması için sürşarz

bekletme zamanı (tsr) hesaplanır.

Yukarıdaki yöntem ve hesaplar, yüklemeler zeminin geçmişteki en fazla konsolidasyon basıncı aşabiliyorsa geçerlidir.

Organik zeminler gibi bazı zeminler artık boşluk basınçları söndükten sonra oturmaya devam ederler. Sekonder oturma denilen bu tip deplasmanlardan önyükleme ile benzer şekilde kurtulmak mümkündür. Proje yükü (Pf) altında hem primer hem de sekonder oturmalar istenmiyor ise proje + sürşarj (Pf + Ps) yükü tsr

zamanı kadar etki ettirilebilir.

Sekonder oturmalar,

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

− ⎛

= _α

p s f

sec t

log t . C ).

S H 2 ( S

ifadesi ile hesaplanabilir. Burada (2H – Sf) primer konsolidasyon sonunda zemin tabakası kalınlığı, (Cα) sekonder oturma katsayısı, (ts) ve (tp) sekonder ve primer oturma zamanlarıdır. (ts/tp) oranı genellikle (10-15) alınabilir.

(1) ve (3) ifadelerin toplamı

(

)

s + f s + f f /S )/S S

(

=

Uz

ifadesi ile benzer şekilde gerekli zaman sürşarz hesapları yapılır.

Önyükleme ve konsolidasyon sonucu kohezyonlu zeminin drenajsız mukavemeti artar. Bu durum kademeli inşaat tekniğinin esasıdır. Zayıf ve yumuşak zeminlerde önyükleme sırasında stabilite durumu hassasiyetle takip edilmelidir.

4.2.2. Düşey drenler

Kalın ve doğal ara drenaj bantları içermeyen kil tabakalarının mevcutiyetinde ön yükleme için bekleme zamanları pratik sınırların dışında olmaktadır veya sürşarz yükseklikleri çok fazla hesaplanmaktadır. Ayrıca ani yüklemeden dolayı stabilite problemleri ortaya çıkabilmektedir.

Oturma hızlarını artırmak ve ön yükleme bekleme süresini kısaltmak için düşey drenler kullanılır. Düşey drenler drenaj yolunu azaltır. Boşluk suyu basınçları hızla sönümlenir. Primer konsolidasyonda etkilidirler. Başarılı projeler için zeminde yükleme sonucu oluşan basıncın, geçmiş en fazla konsolidasyon basıncından büyük olması, primer konsolidasyon oturmalarının seviye olarak sekonder oturmalardan büyük olması ve tabii drenaj tabakalarının yaygın şekilde bulunmaması gerekmektedir.

Çok geçirgen bantlar ve çatlaklar drenlerin etkisini artırır, çünkü bunlar düşey drenlere yatay drenaj sağlarlar. Ancak sürekli ve çok sık karşılanılan geçirimli bant ve tabakalar düşey drenleri gereksiz kılmaktadır. Bu bakımdan yeterli zemin araştırmaları çok önemlidir. (Sürekli örnekler, statik sonda, saha permeabilite deneyleri gibi gerekli incelemeler yapılmalıdır.)

Düşey drenler uzun yıllardan beri kum doldurulmuş düşey kuyular -kum drenler olarak uygulanmıştır. Son yıllarda plastik şerit/keçe gibi. yeni dren tipleri de yaygınlaşmıştır.

Kum drenler 20-60 cm çaplı 1.5-6 metre ara mesafeli içi kum doldurulmuş düşey kuyulardır. Deliklerin açılmasında en az örselenme olmasına permeabilitenin azalmamasına dikkat edilmelidir. Bu bakımdan delik açmak için burgu ile foraj yöntemi tercih edilmelidir.

Plastik/keçe veya karton drenler genellikle oluklu bir plastik kesitin etrafına sarılı geotekstil veya kartonlardan oluşmaktadır ve yaklaşık 10 cm x 0.4 cm kesitli olup makaraya takılmış şeritler ve yumuşak killi zeminlere itme ile yerleştirilir.

Düşey drenlerin hesabında her drenin etrafında silindirik bir kütlenin bağımsız olduğu ve sadece bu hacim içindeki zeminin drenajı ile etkilendiği ve zeminin sadece yatay (radyal) drenaj ile konsolide olduğu, yatay permeabilite ve konsolidasyon katsayılarının (kh ve ch) sabit kaldığı kabul edilmektedir.

Belirli bir ara mesafesinde ve çapta düşey drenler kullanıldığında herhangi bir radyal (veya yatay) ortalama konsolidasyon derecesi (veya yüzdesi)

( )

h h 2 e

U 1 ln 1 c . 8

. t d

−

= μ

Burada (ch); yatay konsolidasyon katsayısı, (dc); bir düşey drenin etki çapı (Şekil 4.2.), μ = (ln n – 0.75) ve n = dc / dw’dir (dw; dren kuyu çapı)

Yatay konsolidasyon katsayısı önemli olup

w v

h h

2 e

h m

t k / T d

c = = γ

ifadeleri ile verilebilir. (Th: yatay zaman faktörü) (ch) katsayısının yatay drenaj mekanizması sırasında (kh, yatay permeabilite) oturma (düşey sıkışma ve deplasman) ile ilişkili olduğu unutulmamalıdır. Bu bakımdan en iyi (ch) belirleme yöntemi saha düşe dren denemelerinden sonra laboratuar konsolidasyon deneyleri ve saha permeabilite deneyleri yapılmasıdır.

Düşey drenler ile radyal konsolidasyon sırasında zemin içerisinde bir miktar da düşey konsolidasyon oluşmaktadır. 3 Boyutlu konsolidasyon yüzdesi veya derecesi

( )

( ) (

)(

)

ifadesi ile bulunabilmektedir. Burada

( )

Düşey dren projelerinde oturma ölçer aletler ve boşluk suyu ölçümleri projenin sıhhati açısından önem taşımaktadır [16].

Şekil 4.2. Düşey dren geometrisi

4.2.2.1. Düşey kum drenleri

Drenaj konsolidasyon teorisine göre, doygun zeminlerin konsolidasyon zamanı, drenaj yüzeyine kadar olan mesafesinin karesi ile orantılıdır. En fazla 20 m uzunluğunda ve 2 ile 5 m aralığında düşey drenler kil zemin tabakasının içine konulur. Böylece konsolidasyon zamanını azaltmak ve drenajlı yatay mesafe bir

şekilde azaltılabilir. Düşey kum drenlere doğru boşluk suyunu çekmek için bazen 10 ile 15 m yükseklikli önyükleme dolgusu kullanılır.

Şekil 4.3. Düşey kum drenlerin çalışma şeması

Düşey kum drenlerin üzerine en az 0.6 ile 1 m kalınlığında bir kum tabakası konulur. Bu kum halısı drenden çıkan suyu toplar. Ayrıca kum halısı yatay drenaj yüzeyini kullanır. Kil zeminin üst tabakasının boşluk suyu yatay kum halısına doğru düşey olarak akar

İnşaat sahasında drenaj yapımında gerekli olan iş makinalarının hareket edebilmesi için en az 50 cm kalınlığında bir kum halısı ile tabi zemini yeniden örtmekle işe başlanır. Kum drenlerini yapmak için kazık çakmaya yarayan iş makinaları kullanılmaktadır.

4.2.2.2. Karton drenler

Kumun kullanımı zahmetli çalışmaları gerektirmektedir. Ayrıca kumun uzak mesafelerden taşınması gerekebilir. Aynı zamanda tüm alan üzerinde istif edilmesi gibi durumları beraberinde getirmektedir. Bu çalışmaları azaltmak için, kumun bulunmadığı durumlarda karton drenler kullanılabilir, kartonlar 3x100 mm'lık yapışmayan cinstendir. Birbirini takip eden boyuna kanalların

kesiti 3 mm'ye varabilir. Karton drenlere bakteriler tarafından zarar verilmemesi için önceden arsenik tuzuna bastırmak gerekir. Islanmış drenin yanal yüzeyinin permeabilite katsayısı kendisini çevreleyen kil zeminin permeabilite katsayısından 100 ile 1000 defa daha yüksektir.

Karton drenlerin kum drenlerine göre avantajları vardır Örneğin; fabrikada imal edilebilmesi, hafif olması, taşımasının kolay olması ve yüksek kapasiteli makinalarla konulması gibi vs. durumlardır.

4.2.3. Kireç kazıkları

Kireç kazıkları aşağıdaki şekilde yapılırlar;

Kil zemin tabakasının içine çapı 30 ile 50 cm arasındaki ölçülerde bir kuyu açılır.

Eğer, açılan düşey kuyudaki zemin kendini tutamıyorsa, kuyu bir muhafaza borusu ile açılabilir. Sonra açılan kuyunun içi sönmemiş kireç ile doldurulur.

Muhafaza borusu kullanılınca, borunun içerinde en az 1 m olacak şekilde, kireç borunun içine boşaltılır. Daha sonra 300 ile 400 kg ağırlığında bir tokmakla sıkıştırılır.

Bu yöntem ile sıkıştırma birkaç aşamada olur.

1- Kapalı borunun zemin içinde kuyu açmasından ileri gelen sıkıştırma.

2- Borunun içine boşaltılan sönmemiş kirecin tokmaklanmasından ileri gelen sıkışma.

3- Sönmemiş kireç kil zeminin boşluk suyu ile reaksiyona girer ve kirecin sönme süresi boyunca kireç kazığın çapı bazı durumlarda %60 ile %80 artar.

Ayrıca, kirecin sönmesi esnasında büyük miktarda ısı açığa çıkar. Kazık içinde sıcaklık 300°C'ye ulaşabilir. Bu ısı etkisi altında büyük miktarda boşluk suyu buharlaşır. Su muhtevası azalarak zeminin kalitesi iyileşir. Böylece, zemin ile sönmemiş kirecin karşılıklı etkileşimi zemini fiziksel ve kimyasal olarak kuvvetlendirilir. Şunu da belirtmek gerekir ki bu kuvvetlenme o anda kazığın yakınındadır. Bu etkinin kazıklar arası yayılımı birkaç ayı bulabilir. Kum kazıklarından farklı olarak, kireç kazıkları geçirgen değildir. Bu nedenle sönme süresi devam ettikçe kısa bir zaman aralığında sadece dren olarak davranırlar.

4.2.4. Drenaj hendekleri

Çok sıkılabilir yumuşak kıl zeminlerin üzerine büyük çaplı yapılar inşa edileceği zaman, 7 m'den küçük kalınlıktaki bir zeminde birçok sayıda kum drenleri il e konsolidasyonu hızlandırmaktansa düşey drenaj hendekleriyle konsolidasyonu hızlandırmak oldukça ekonomiktir.

Şekil 4.4. Düşey hendeklerin çalışma prensibi

Bu hendekler 5.5 m'den küçük derinlikte düşey hendek olarak adlandırılırlar. 60 ile 80.cm genişliğinde kum ile doldurulmuş olabilir. Hendeklerin üzerine yatay kum halısı serilir. Hendekler açılır açılmaz, bu hendekler kum veya kum çakıl karışımlı malzeme ile doldurulurlar. Düşey kum drenleri ile mukayese edildiğinde, drenaj hendeklerinin çok büyük miktarda kum gerektirdiğini göz önüne almak gerekir. Ayrıca derinlik daha azdır. Buna karşılık gerçekleştirme kolaylığı, çalışma hızlılığı ve yapımında tüm gerekli çalışmaları yerine getirme imkanı gibi avantajlarda vardır [17].

4.2.5. Derin sıkıştırma

Zeminlerin iyileştirilmesindeki esas amaçlardan biri aşırı oturmaları önlemektir. Gevşek kohezyonsuz zeminlerde stabilite ve oturma problemleriyle karşılaşmazken sıvılaşma olayına sık rastlanılmaktadır. Özellikle dinamik hareketlerin çok olduğu bölgelerde suya doygun zeminlerde karşılaşılan bu tip problemlerde, zemin sıkılaması yapılmaktadır.

Bu yöntem çeşitli derinliklerde bulunan suya doygun gevşek kohezyonsuz zemin tabakasının derinliği boyunca sıkılaştırılması ve olası bir dinamik yük (deprem)

karşısında sıvılaşmasını önlemek amacıyla yapılır. Bu yöntemde ağırlığı 5-40 ton olabilen bir ağırlık 5-35m yükseklikten bir vinç yardımıyla birkaç metre aralıklarla, zemin yüzeyine düşürülür.

Bu tip yöntemlerin belli başlıları sıralanırsa;

a) Vibro kompaksiyon veya vibroflotasyon.

b) Vibro(titreşimli) boru, çubuk veya sondalar, c) Kompaksiyon kazıkları,

d) Dinamik kompaksiyon (veya konsolidasyon) ağırlık düşürme.

e) Patlatma.

4.2.5.1. Vibrokompaksiyon

Vibratör (veya vibroflot) denilen sonda, bir paletli vinç ve uzatma boruları vasıtası ile kendi ağırlığı ve üzerindeki su jeti yardımı ile titreştirilerek zemine sokulur. Vibratör çap, boy ve ağırlıkları değişiklikler göstermekle birlikle 40 cm çapında, 3 m boyunda ve 3 ton ağırlığında bir vibratör orta boy bir ekipman kabul edilebilir.

Vibrasyon genlikleri ile zemine büyük dinamik yükler verilmektedir. Vibroflot 1- 2m/dak. hızla gevşek zeminlere girer. Titreşen zemin oturur ve vibratörün çevresinde bir çöküntü konisi oluşur. Sahaya getirilen kum- çakıl yüzeyden bu boşluğa doldurularak zemin devamlı doldurulur. Proje derinliğine inen titreşimli sonda üstten malzeme eklenirken zemini sıkıştırarak yavaş yavaş yukarı çekilir.(0.3m/dak. gibi). İyileştirme noktasında sonda çapından daha büyük sıkı bir kolon oluşturulmuş olur. Rezonans kompaksiyon yöntemi, vibrokompaksiyon yönteminin yeni bir şekli olup vibratör zemine indirildikten sonra frekansı değiştirerek zeminin rezonans frekansına ayarlamakta ve zemin amplifikasyona uğrayarak daha iyi sıkışmaktadır.

Vibrasyon kaynaklı aşağıdaki diğer yöntemler esas olarak kohezyonsuz zeminlere uygulanabilir ve inceler oranı (%< No.200 elek) genellikle en fazla %

20 civarında olmalıdır. Vibrokompaksiyon projelerinin tasarımında iyileştirme yapılacak noktaların aralığı, derinliği, planda geometrisi ve uygulama noktaları arasında hedeflenen izafi sıkılık belirlenir.

Proje tipi ve yerel şartlara göre değişmesine rağmen aşırı oturmalar ve sıvılaşmanın önlenmesi için genellikle % 75 civarında bir izafi sıkılık proje kriteri olarak kullanılmaktadır. Uygulama aralığı 1.5-3.0 m arasında değişmektedir.

Şekil 4.5. Vibrokompaksiyon yöntemi.

4.2.5.2. Titreşimli boru ve çubuklar

Titreşimli boru veya çubuklar zemine sokularak zeminin sıkılaşması ve oturması sağlanmakladır. Arazi üstten dolgu ile takviye edilerek kotlar tutturulmaktadır.

Genellikle paletli vinçlerin sarkıttığı vibratörler kullanılmaktadır. Çeşitli çubuk ve sonda kesitleri uygulanmaktadır. Japon yöntemi vibro-kompozer vibroflotasyona daha fazla benzemektedir. Çünkü borunun yan çatalından kum beslenmekte ve muhafaza borusunun alt ucuna dolmakta olan kum sıkıştırma sırasında ayrıca hava basıncı ile itilmektedir.

4.2.5.3. Kompaksiyon kazıkları

Kompaksiyon kazığı tekniği kısaca zemine ucu kapalı çelik boruların kazık çekiçleri (klasik çekiç veya vibratör çekiç) ile çakılması ve içlerinin doldurularak çekilmesi esasına dayanmaktadır. Terk edilen uçlar veya özel ağızlı çarklar kullanılmaktadır. Burada zeminin radyal olarak deplasmana uğrayarak sıkılaşması ve çakım sırasında vibrasyondan etkilenerek oturması söz konusudur.

0.9-1.8 m uygulama mesafeleri kullanılmaktadır, incesi fazla olan zeminlerde de uygulanabilir olması pratik açıdan yöntemin önemini arttırmaktadır. Kum drenler ile karıştırılmamalıdır. Killi ve siltli zeminlerde oturma hızlarına katkıda bulunabilirler.

Değerlendirme yöntemleri :

İyileştirme yapılan zeminde değerlendirme yapılmazsa projenin başarısı veya istenen kriterlere uyup uymadığı belirlenememektedir. İyileştirilmiş zemini değerlendirmek için aşağıdaki yöntemlerden biri veya birkaçı kullanılabilir;

a) Yüzey oturma röperi, b) Eklenen zemin hacmi,

c) Standart penetrasyon deneyi (SPT), d) Statik penetrasyon deneyi (CPT).

e) Pressiometre deneyi (PMT),

f) Sismik kayma dalgası hızı tayinleri (Vs), g) Satıhta ve derinde plaka taşıma deneyleri h) Kuyu yoğunluk ölçümü.

4.2.5.4. Dinamik konsolidasyon (Dinamik kompaksiyon), Yük düşürme

Ağır yüklerin belirli bir yükseklikten zeminin yüzeyine düşürülmesi ve zeminin sıkıştırılması esasına dayanmaktadır. Betonarme bloklar, beton doldurulmuş çelik saclar civatalanmış sert plakalar yük olarak kullanılmaktadır. 0.5-200 ton

arası yük uygulamaları yapılmıştır. Düşürülen yükseklikler 40 m'ye kadar çıkmaktadır, 15-20 ton ağırlıklar ve 15-20m'den düşürme, tipik bir uygulama örneğidir. Kalabalık yerleşim yerlerinde kullanılması uygun değildir. Yükün düştüğü alanda bir krater oluşmakta ve zemin sıkışmaktadır. Genellikle kare veya dikdörtgen düzende ve 5-10m aralıklı düşürme ara mesafeleri kullanılmaktadır. Sıkıştırılacak zemin derinliğine ve sıkıştırma kriterine göre aynı yere 5-10 kere düşürülebileceği gibi az sayıda değişik yerlere düşürülmesi ile sığ bir sıkıştırma yapılabilir.

Ekonomik sıkıştırma derinlikleri 10 m’ye kadardır. Aynı noktaya yapılan yük düşürmelerde krater devamlı granüler malmeze ile doldurularak malzemenin derinlere itilmesi sağlanır.

Uygulamaya başlamadan önce killi zeminlerde sahaya 1 m kadar taneli malzeme serilmektedir. Temel altlarına lokal uygulamalar yapılabilmektedir. Plastik ve doygun killer genellikle bu yönteme uygun değildir. Büyük projelerde deneme çalışmaları daima tavsiye edilmektedir. Sıkıştırmanın başarısı saha deneyleri ile ölçülmelidir.

4.2.6. Elektro-Ozmoz

Elektro-ozmoz, ince taneli zeminlerde bir anod ve katod ile bir doğru akım devresi kurarak zeminden suyu drene konsolide etme yöntemidir. Büyük olmayan sahalarda ve uygun zemin şartlarında tesirli ve ekonomik olabilmektedir.

Anottan katoda doğru olan akım dolayısıyla anotta devamlı zemini stabilize edecek kimyasal maddeler eklendiğinde nokta kuyular genellikle suyu çekmek için katod olarak, çelik veya alüminyum çubuklar ise anod olarak kullanılır. En etkili tekrarlayan geometri bir nokta kuyunun etrafında hegzagonal şeklinde dizili altı adet metal çubuktur. Normal konsolide olmuş siltler ve siltli killer yöntem için en uygun zeminlerdir.

4.2.7. Dondurma ve ısıtma yöntemi

Dondurma yöntemi geçici iksa işlerinde ve yer altı su tablasının bulunduğu hallerde kullanışlı bir yöntemdir. Zemin destek ve kazı işlerinin yapılacağı yerde sondaj yöntemiyle delinir ve borular indirilerek dondurma tekniğinin tipine göre sistem kurulur. Planlı bir şekilde açılan delikler etrafında tekniğe göre belirli bir çapta donmuş zemin oluşur. Likit nitrojen veya karbondioksit kullanan sistemler birkaç saatte etkili olabileceğinden acil durumlarda tercih edilmektedir. Klasik soğutucu devrelerde günlerce veya haftalarca beklemek gerekmektedir. Zeminlere ısı iyileştirmesi özelikle lös zeminlerde uygulanmıştır.

Basınçlı hava ve yakıt sondaj deliğine ağızdan kaçırmayacak şekilde basılır.

Deliğin etrafında ısı yükselmiş bir bölge oluşur. 300-1000 C° arası ısı kullanılmaktadır. Lös zeminlerin ısı sonucu sürtünme açılan ve kohezyonları artmakta, sıkışabilirlikleri azalmaktadır [16].

4.2.8. Enjeksiyon

Enjeksiyon, şırınga etmek anlamındadır. Bir kayanın sağlamlaştırılması ve geçirimsizliğinin sağlanması amacıyla değişik karışımlı şerbetler enjeksiyonla kayaya gönderilir. Enjeksiyonun uygulama amaçları aşağıda sıralanmıştır,

a) Yapı temeli ile temelin oturduğu kayanın birbirine bağlanması, b) Boşluk ve kırıkların doldurulması,

c) Temele binecek yükün emniyetle taşınması,

d) Baraj gölü alanı temeli ve gövdesinden olabilecek su kaçaklarının önlenmesidir.

İki tip enjeksiyon yapılabilir. Bunlar;

a) Konsolidasyon (sağlamlaştırma)

b) Geçirimsizliğin sağlanması (perde enjeksiyonu)

4.2.8.1. Enjeksiyon şerbeti çeşitleri

Başlıca 3 sınıfta açıklanabilir. Bunlar ; a) Sıvılar,

b) Duraysız çözeltiler, c) Duraylı çözeltiler.

Sıvılar kimyasal ürünlerden meydana gelmişlerdir. Örneğin az veya çok reaktif katılmış ve eritilmiş sodyum silikat, sentetik reçine, saf hidrokarbon ürünleri gibi, duraysız çözeltiler suda çimentonun veya kaya tozunun basit çözeltileridir.

Duraylı çözeltiler kilin veya kil çimento ve kumun herhangi bir karışımının suda eritilmesiyle elde edilmişlerdir. Şerbet enjeksiyon sırasında hiçbir çökelme göstermiyorsa duraylı kabul edilir [17].

Taneler arası boşluğun Duraysız şerbetin taneler arasına

girişinde kemer oluşumu. girişinde çökelmesi, enjekte edilen taneler.

Şekil 4.6. Taneler arasında enjeksiyon detayı

Temel enjeksiyonu uygulama alanları :

a) Aşırı oturmaları önlemek amacıyla boşlukları doldurmada,

b)Yeni yapılan ve mevcut yapıların büyütülmesi halinde zemin emniyet gerilmesinin arttırılmasında,

c)Yer altı su akımım kontrol altına almada,

d)Sınır hafriyatlarda veya kazık çakımı gibi işlemlerde gevşek veya orta

gevşek kohezyonsuz zeminlerin oturmasını önlemede,

e) Tünel kazıları sırasında deplasmanları (Yüzey - Yüzey altı) kontrolünde.

f) İksa problemlerini rahatlatmak amacı ile zemin güçlendirilmesinde,

g) Kazıkların yatay ve düşey kapasitelerini artırma amacı ile enjeksiyonunda.

h) Sıvılaşmaya karşı gevşek kum tabakalarını taşlaştırmada, i) Temeli alttan desteklemek maksadıyla.

j) Şev stabilizasyonunda,

k) Şişen zeminlerin stabilizasyonunda kullanılmaktadır.

Enjeksiyon malzemesinin zemine yerleştirilmesi üç şekilde yapılabilmektedir.

Bunlar;

1) Permeasyon enjeksiyonu (Tanelerin konumunu bozmadan, taneler arası boşluklara girerek zemin hacmini ve yapısını değiştirmeden yapılan enjeksiyon) 2) Deplasman ve kompaksiyon enjeksiyonu (zemini tamamen deplase ederek enjeksiyon malzemesinin zemine sokulması şeklinde yapılan enjeksiyon) (koyu, beton kıvamı karışım).

3) Hidrolik çatlama veya zeminin içine belirli zayıf bölgeler itibari ile girerek kısmi deplasman enjeksiyonu (yapraklama)

a) Permeasyon b) Deplasman c) Çatlatma, kompaksiyon yapraklama

Şekil 4.7. Ana enjeksiyon tipleri

4.2.9. Stabilizasyon

4.2.9.1. Mekanik stabilizasyon

Bir yolun temeli veya kaplaması gibi taneli bir yapının, yük altında yanal yer

değiştirmeye karşı dayanım özelliği varsa bu yapının mekanik olarak stabil olduğu söylenebilir. İyi bir mekanik stabil temel veya kaplama, genel olarak, kaba agrega(çakıl, kırmataş, curuf vs.) İnce agrega(tabii veya kırma çakıl, kum, vs.) silt ve kilin iyi bir şekilde oranlandırılmış, karışımından ibarettir. Malzeme miktarının iyi bir şekilde oranlandırılması ekonomik yol inşaatında çok önemlidir. Ayrıca tane büyüklüklerinin kontrolü bir yapım metodu olarak kabul edilebilir ve buna "mekanik stabilizasyon" adı verilir. Burada stabilizasyon kelimesi değişken su muhtevaları altında yük taşıma kapasitesinin sınır şartlarının arttırılmasını ifade etmektedir.

Zeminlerin granülometrilerinin ayarlanması prensibi, bir altyapıda mevcut olmayan tane çaplarına sahip malzemeyi altyapıya ekleyerek, düşük olan yük taşıma kapasitesini yüksetmeyi öngörür. Örneğin killi alt yapıya kum eklenebilir, veya tersi yapılabilir. Bu durumda mevcut zemin için dikkatle açıklanmış bir granülometri sağlanması gerekli olmayıp, mevcut zeminin malzemenin en belirgin eksikliğini gidermek mevcut granülometrisini ıslah etmek yeterlidir.

Uygulamalar:

Zeminlerin granülometresinin ve düşük kaliteli agreganın kontrolünün esas uygulama yeri, temel ve alt temel inşaasıdır. Normal agregalarla her cins yüzeysel temellerin hazırlanmasında, boşlukları minimuma indirmenin önemi iyi anlaşılmıştır, iyi bir şekilde tane dağılımı derecelendirilmiş zemin veya düşük kaliteli agreganın kullanılması, mevcut zeminin kullanılma sınırlarını genişletmek olarak kabul edilebilir.

Büyük uzunluklarda köy yollarına ihtiyaç duyulan ülkemizde, düşük taşıma gücüne sahip zeminlerde yol kaplaması olarak geniş çapta stabil toprak kullanılmaktadır. Bu cins kaplamalar, yerlerine geçtikleri mevcut toprak yollara göre büyük bir gelişmedir.

Çünkü bu şekilde; daha ağır bir trafiği taşıyabilirler ve yılın daha geniş bir süresinde kullanılabilmektedirler.

4.2.9.2. Kimyasal stabilizasyon

Çimento zemin stabilizasyonunda %5 ile %15 ağırlık oranında toprağa karıştırılarak bir toprak-çimento malzemesi meydana getirilir. Bu meydana gelen karışım, topraktan daha dirençli ve dayanıklıdır. Saf kohezyonlu ve organik zeminler dışındaki zeminlerde, bu yöntemin uygulanması uygundur.

Toprak çimentonun yol inşaatında ne şekilde kullanılacağı toprak tipine arazi şartlarına ve trafik hacmine bağlıdır. Tablo 4.1.'de, beton ve stabilize edilmemiş zeminlerin mukavemeti ile değişik zeminlerde çimento ile stabilizasyonun yapılması durumunda kırılma mukavemetlerinin değişme sınırlan görülmektedir. Tablo 4.1. 'de verilen basınç mukavemeti değerleri konu hakkında genel bir fikir vermektedir.

Ağır trafik taşıyan karayollarında stabilize zemin temel tabakaları için kullanılamaz.

Zemin stabilizasyonun kullanılma yerleri, düşük trafik yoğunluktaki yeni gelişen iskan bölgeleri yollarında ve ana yolların alt temellerinde servis yolları, tersane, otopark, yaya yolu ve büyük su tanklarının temellerinde uygulanmaktadır.

Zemin cinsi çimento miktarı kompaksiyon ve karıştırma metodu toprak-çimento kalitesine tesir eden başlıca faktörlerdir. Çimento agrega taneleri arasında bağlayıcılık yapar. Genellikle Portland çimentosu kullanılır. Uygun çimento miktarı serbest basınç ve diğer taşıma gücü deneyleri ile belirlenmelidir.

Aşağıda verilen limitler Amerikan Karayolları araştırma dairesi tarafından ekonomik olarak stabilize edilecek zeminler için verilen değerlere dayanılarak hazırlanmıştır.

Dane Ölçüsü Dağılım Sınırları BS Plastisitesi Deneyi Sınırları Maksimum çap 3 inch (7.5 cm) Likit Limit < 40%

3/16 inch BS elekten geçen > 50% Plastisite indisi < 18%

No.36BS “ “ > 15%

No.200BS “ “ < 50%

Tablo 4.1. Zemin beton ve takriben %10 çimento içeren toprak çimento karışımlarına ait tipik basınç mukavemetleri

Basınç Mukavemeti

(kg/cm²) Malzeme Teklif Olunan Kullanma

Yeri

<0,7 0.7-2.8 2 8-7 0

Zeminler

Kil, Turba, iyi sıkıştırılmış kumlu kil iyi sıkıştırılmış çakıl-kum kil karışımı

Alt yapı

<3.5 3.5 – 10.5

7.0-17.5

17.5-35.0

28.0-105.0 (Yaklaşık) Not; 280 kg/cm² değerine varan mukavemetler elde edilmiştir.

Zemin-çimento Kil, organik zeminler Silt. siltli kil, çok fena derecelenmiş kum, az miktar organik zeminler Siltli kil, kumlu kil, fena derecelenmiş kum ve çakıl

Siltli kum, kumlu kil, kum ve çakıl

İyi derecelenmiş kum-kil veya çakıl-kum kil karışımları ve kumlar veya çakıllar

Kullanılmamalıdır.

Çok kotu (zayıf) temel zemini üzerine alt temel Kötü temel zeminleri üzerine alttemel, yaya ve bisiklet yollar (kaplamalı)

Ilıman iklimlerde 3.Sınıf yollar için temel (kaplamalı), 1. Sınıf yollar ve pistler için temel

Daha sert iklimlerde 3.Sınıf yollar için temel (kaplamalı) ılıman iklimlerde 2.Sınıf yollar için temel (kaplamalı) 1. Sınıf yollar ve pistler için alttemel

35-140 140-350

Beton Grobeton Beton

1. sınıf yollar veya pistler için temel ve alttemel 1.sınıf yollar veya pistler için temel

Çimento stabilizasyonunun uygulanması durumunda toprakta organik maddeler az bulunmalıdır. Çünkü bu gibi maddeler toprak-çimento bağlayıcılığını ve dolayısıyla mukavemetini azaltacağından başarılı stabilizasyon